无机非金属材料的主角-硅

第一节无机非金属材料的主角

——硅硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。

从原子角度认识硅原子既不易失去电子，也不易得到电子，主要形成四价化合物．CSi水晶水晶玛瑙硅藻土一、二氧化硅2.结构SiO二氧化硅晶体结构基本结构单元一、二氧化硅3.应用水晶制品玛瑙制品饰品光学纤维胃镜在玻璃表面涂上一层石蜡在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸洗掉酸并去掉石蜡

化学式

二氧化碳

CO2二氧化硅

SiO2

状态

熔沸点硬度水溶性化学性质与酸

用途与水反应与碱性氧化物反应与碱反应CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3不能反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O只与氢氟酸反应SiO2＋CaO=CaSiO3高温气态固态熔沸很低熔点高，硬度大

能溶于水不溶于水——人工降雨，灭火,饮料等光纤等二氧化碳与二氧化硅比较

干燥硅胶

湿硅胶生成的硅酸逐渐聚合而形成

，经干燥脱水就形成

，称为

。常常用做干燥剂。硅酸用途硅酸干胶“硅胶”硅酸溶胶-1-二、硅酸盐1、定义：硅酸盐:由

、、元素组成的化合物的总称2、性质：硅酸盐种类很多，大多数

于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Ka2SiO33、表示方法：（1）化学式法：

适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。硅氧金属难溶2．硅酸盐组成的表示方法(1)自然界中的存在情况：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5%。(2)硅酸盐组成的表示方法：硅酸盐的种类多、结构复杂，其组成的表示方法有两种。①盐化学式法：如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)，一般适用于组成较简单的硅酸盐。②氧化物法：如硅酸钠(Na2O·SiO2)、石棉(CaO·3MgO·4SiO2)、黏土的主要成分(Al2O3·2SiO2·2H2O)。温馨提示：虽然我们采用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成，但硅酸盐并不是由氧化物组成的，不是混合物，是纯净物，属于盐类。

用氧化物的形式表示硅酸盐组成时，各氧化物的一般排列顺序为金属氧化物(较活泼金属的氧化物——较不活泼金属的氧化物)——二氧化硅——水注意事项：①氧化物之间以“·”隔开；②计量数配置出现分数应化为整数。例如：钾长石KAlSi3O8不能写成应写成K2O·Al2O3·6SiO2。Mg3CaSi4O12可写为：3MgO·CaO·4SiO2【例2】用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中不正确的(

)A．钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为

Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·SiO2C．钾长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·3SiO2D．高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为

Al2O3·2SiO2·2H2O提示：顺序为：活泼金属氧化物、二氧化硅、水。C-1-5、硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，黏性很强，可以作黏胶剂和木材防火剂。放入蒸馏水放入硅酸钠饱和溶液

现象

结论

水分蒸发后燃烧水分蒸干后不燃烧硅酸钠耐高温，能防火，不能燃烧水加热下易蒸发（1）、硅酸钠的物理性质课本P65实验4-2-1-问一问硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：（2）硅酸钠化学性质

硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓-1-（3）用途可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的黏合剂和木材、织物的防腐剂及防火剂②与盐反应①与酸反应Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl-1-4、硅酸盐在自然界的转化

硅酸盐矿石长期受到空气中的二氧化碳和水的侵蚀后,逐渐风化分解,生成的可溶物质随雨水流入江河、海洋，留下大量的黏土形成土壤胶体，因其表面巨大且一般带负电，能吸收NH4+，K等营养离子，从而具有保肥能力。硅酸盐是如何具有保肥能力的？思考下列关于水玻璃的性质和用途叙述错误的是(

)A．水玻璃是硅酸钠的水溶液，是混合物B．在建筑工地上可用作黏合剂C．木条或滤纸条浸过水玻璃后，具有防腐蚀性能且不易着火D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【答案】

D【解析】

水玻璃在空气中容易吸收空气中的CO2，生成H2SiO3而变质。

●细品教材1．传统的硅酸盐产品陶瓷、玻璃和水泥是构成现代生活要素的最重要的无机非金属材料，它们都是以黏土等硅酸盐和其他无机原料在高温下加工而成的具有一些优良性能的工业产品。(1)水泥中加石膏的作用是调节水泥的硬化速度。(2)水泥砂浆是水泥、沙子和水的混合物，水泥、沙子和碎石、水混合成混凝土，与钢筋混合在一起就是钢筋混凝土。(3)制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2按1∶1∶4比例混合在一起得到的物质，因此其成分表示为Na2O·CaO·6SiO2。而石英玻璃的成分就是SiO2。(4)玻璃不属于晶体，没有固定的熔点，只在一定范围内软化后熔化，称为玻璃态物质。

特别提示：①普通玻璃：呈淡绿色，含二价铁。②有色玻璃：蓝色玻璃是普通玻璃中加入了Co2O3，红色玻璃是加入Cu2O。③变色玻璃：普通玻璃中加入了AgI、AgBr等。④光学玻璃：普通玻璃中加入PbO2。⑤钢化玻璃：经普通玻璃熔化后快速冷却制成，与普通玻璃的成分相同。⑥石英玻璃：石英熔化制成。2．新型陶瓷如高温结构陶瓷(工程陶瓷)、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等，都是人们在继承传统硅酸盐陶瓷的基础上发展创新，研制出的组成各异、性能独特的新型陶瓷。3．其他特殊功能的含硅物质如碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、硅橡胶、分子筛等。4．无机非金属材料包括了传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品；新型陶瓷如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。-1-看一看你能指出常见的硅酸盐产品有哪些吗

-1-5、硅酸盐工业产品传统硅酸盐工业三大产品有：玻璃、陶瓷、水泥。[练习]1.下列说法正确的是（）A.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品B.水晶、玛瑙、光纤、硅胶的主要成分都是SiO2C.SiO2很稳定，与所有的酸都不反应D.将石棉（CaMg3Si4O12）化学式改写成氧化物的形式：3(MgO·CaO)·4SiO2A-1-科学视野新型陶瓷人造关节-1-高压钠灯高温结构陶瓷1.氧化铝陶瓷-1-陶瓷机械零件●典例精析【例3】下列物质中，不含有硅酸盐的是 (

)A．水玻璃B．硅芯片C．黏土 D．普通水泥【解析】

水玻璃中含有硅酸钠，普通水泥中含有硅酸钙，黏土含有复杂的硅酸盐，硅芯片中含的是硅单质。【答案】

B

请回答下列问题：(1)下列属于新型无机非金属材料的是 (

)A．高强度水泥 B．钢化玻璃C．氧化铝陶瓷 D．光导纤维(2)磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可以用于制成人造骨骼，这是利用这类材料的 (

)A．耐高温特性 B．电学特性C．光学特性 D．生物功能CDD【解析】

(1)水泥、玻璃属于硅酸盐材料，是传统无机非金属材料。(2)新型无机非金属材料的四种特性不一定是这类材料的共性，不同的材料具有不同的特性。【答案】

(1)CD

(2)D【点拔】

区分传统的无机非金属材料和新型的无机非金属材料，分析新型无机非金属材料的四种特性及其应用进行判断。

●细品教材1．物理性质和重要用途硅有

和

两种同素异形体。晶体硅是灰黑色、有

固体，

很高，硬度大。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的

材料。晶体硅的用途广泛。晶体硅可以用来制造

，同时

是各种计算机、微电子产品的核心。

晶体硅无定形硅金属光泽硬而脆的熔点、沸点半导体晶体管和光电池硅芯片5.用途

晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池电脑的中央处理器（CPU）三、硅单质1、存在：硅有晶体硅和无定形硅两种。2、物理性质：晶体硅的结构类似于金刚石，熔点(1410℃)和沸点都很高，硬度大。3、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼导电性介于导体和绝缘体之间。Si+O2===SiO2-1-②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑Si＋O2SiO24、制法SiO2+2C===Si+2CO↑高温硅单质3．硅的工业制法

●典例精析【例4】下列关于硅的说法中，不正确的是(

)A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应C(2009·广东理基·22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是 (

)①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②

B．②③

C．①④

D．③④【答案】

C-1-工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅①SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

，又能跟氯气反应经提纯得到SiCl4后再用氢气还原制得纯硅：②Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4

，③SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl。根据以上反应回答下列问题：（1）反应①中焦炭做（）A.还原剂B.氧化剂C.二者都不是（2）反应②属于（），反应③属于（）A.化合反应B.分解反应C.氧化还原反应D.非氧化还原反应E.置换反应4、硅的工业制备课后练习81页AACCE课堂练习C2.下列变化中不能一步实现的是A、Na2SiO3H2SiO3B、H2SiO3SiO2C、SiO2H2SiO3D、SiO2Na2SiO3

3.在既能溶解金属氢氧化铝又能溶解二氧化硅的无色溶液中，能大量共存的是(

)A.

Na+、Al3+、NO3－、Cl－

B.

K+、Na+、Cl－、SiO32－C.

Fe2+、K+、SO42－、Cl－

D.

Na+、HCO3－、K+、NO3－课堂练习B4.CO2通入下列各溶液中，不会产生难溶物的是（）A、水玻璃B、石灰水C、饱和Na2CO3D、CaCl2D-1-小结:1.介绍了硅酸盐的定义、性质和表示方法及工业产品.2.硅酸钠的性质和用途3.硅单质的存在形式、性质、工业制备和用途4.硅酸钠